[发明专利]化学成分梯度分布的应力薄膜、半导体器件及其形成方法

权利要求书

1.一种化学成分梯度分布的应力薄膜的形成方法，其特征在于，所述方法至少包含以下步骤：

提供半导体衬底；

在所述半导体衬底上形成晶体管；以及

在所述半导体衬底上形成应力薄膜层；

其中，所述应力薄膜层包括化学成分梯度分布的应力薄膜层；在形成所述应力薄膜层的过程中调节生长氛围气体中O、N和H的含量使得最终得到的所述应力薄膜层具有沿厚度方向梯度分布的化学成分；

在形成所述应力薄膜层的过程中，所述生长氛围气体中O的含量逐渐降低、N的含量逐渐增加且H的含量逐渐降低，从而使得所述应力薄膜层沿着厚度方向向上O的含量逐渐降低而N的含量逐渐增加。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括在所述半导体衬底上形成应力薄膜层之前还形成有缓冲层。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述缓冲层的材料包括SiO₂或掺杂的SiO₂。

4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，形成所述应力薄膜层的方法包括PECVD或热CVD。

5.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，在同一腔室原位形成所述晶体管和形成所述应力薄膜层，或在同一机台的不同腔室分别形成所述晶体管和形成所述应力薄膜层，或在不同机台的不同腔室分别形成所述晶体管和形成所述应力薄膜层。

6.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述应力薄膜层的厚度为

7.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，在20℃-600℃的温度下形成所述应力薄膜层。

8.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，在形成所述应力薄膜层的过程中调节所述生长氛围气体中O、N和H的含量的次数为3-300次。

9.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述应力薄膜层包括化学成分梯度分布的多个子层，每个所述子层内的化学成分相同，而每个子层与其相邻的所述子层的化学成分相近但是不同，并且沿着厚度方向向上，所述子层的化学成分逐渐变化。

10.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述应力薄膜层为含有Si元素的应力薄膜层。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述应力薄膜层为化学成分梯度分布的SiN层。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，形成所述应力薄膜层的过程中的Si源包括正硅酸乙酯TEOS或硅烷SiH₄。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，形成所述应力薄膜层的过程中的Si源为硅烷SiH₄，在形成所述应力薄膜层的过程中，先通入过量的N₂O，然后减少N₂O的流量以通入少量的N₂O，最后在将N₂O的流量减少为零的同时通入NH₃。

14.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述应力薄膜层具有SiO_xN_y的化学成分，沿着所述应力薄膜层厚度方向向上x逐渐变小而y开始逐渐变大，x/y比值的范围是0.01～100。

15.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述生长氛围气体包括N₂O、NH₄、N₂和H₂中的其中一种或多种。